서 론

한탄강 유역은 북한 평강군에서 기원한 현무암질 용암이 남하하면서 형성된 독특한 화산지형으로, 주상절리 협곡과 용암대지, 베개용암 등 다양한 지질학적 특징을 보인다(Chwae et al., 1996; Kim and Jeong, 2014; Kil et al., 2019). 이러한 지질학적·경관적 가치를 인정받아 2020년 유네스코 세계지질공원으로 인증되었으며, 현재 한탄강 지질공원은 국내외적으로 중요한 학술 연구와 교육 활동의 중심지로 자리매김하고 있다(Lee et al., 2016b; Hakim et al., 2022). 특히 한탄강 지질공원은 기반암인 화강암과 이를 피복한 현무암 용암대지가 공존하며, 이에 따른 지표수와 지하수의 상호작용은 지질유산적 가치의 중요한 요소로 간주된다. 따라서 지질공원 내 수리지질학적 특성과 지구화학적 거동을 규명하는 연구는 지질유산 보전 및 활용을 위한 기초 자료로서 학문적 의의가 크다(KIGAM, 1996; Park et al., 2023; Ryu et al., 2023).

지구화학적 특성은 대수층을 구성하는 암석학적 배경과 밀접하게 연관되며, 특정 지하수의 기원을 규명하는 것은 수질 평가 및 지하수 이용에 있어 필수적이다(Stanley and Reading, 2025). 기존 연구들은 한탄강 유역 지표수와 지하수의 지구화학적 특성을 설명해 왔으나(Lee, 2016; Shin et al., 2016; Ryu et al., 2023), 화강암과 현무암이 혼재하는 복잡한 지질 환경에서는 이러한 접근만으로 지하수 기원을 명확히 판별하는 데 한계가 존재한다. 이러한 한계를 보완할 수 있는 방법으로 라돈 농도가 주목받고 있다. 라돈(²²²Rn)은 우라늄(²³⁸U) 붕괴 연쇄에서 생성되는 방사성 기체로, 모암의 종류와 형성 환경에 따라 지하수 내 농도가 달라진다(Wathen, 1987; Cothern and Rebers, 1990). 일반적으로 화강암은 우라늄 함량이 높아 지하수의 라돈 농도가 높게 나타나는 반면, 현무암은 급격한 냉각 과정에서 방사성 기체가 방출되어 상대적으로 낮은 농도를 보인다(Cho and Choo, 2019; Nunes et al., 2023). 따라서 라돈의 농도는 지하수의 기원을 직접적으로 반영하는 유용한 지시자로 평가되며, 기존 수리화학적 방법과 병행해서 사용할 경우 연구결과에 대한 신뢰도를 크게 향상시킬 수 있다(King et al., 1982; Loomis, 1987; Cho et al., 2007; Stanley and Reading, 2025).

이에 따라 본 연구에서는 라돈 농도 분석을 중심으로 철원 샘통의 대수층 기원을 규명하고자 하였다. 또한 연구 결과의 신뢰성을 강화하기 위해, 두꺼운 현무암층과 습지가 발달한 연천 은대리 물거미 서식지를 비교 사례로 포함하여, 라돈 농도 분석 결과의 적용 가능성과 타당성을 검증하였다. 더불어 시추코어 및 박편 자료를 추가적으로 분석하여, 라돈 기반 분석 결과와 실제 지질학적 특성과의 일치 여부를 검토하였다.

따라서 본 연구는 라돈 분석을 핵심 도구로 하여 지하수의 기원을 규명하고, 수리화학적·지질학적 자료와의 비교·검증을 통해 해석의 신뢰성을 제고하는 데 목적이 있으며, 이를 통해 한탄강 지질공원 내 지하수 자원과 지질유산적 가치에 대한 과학적 이해를 심화하고자 한다.

연구지역

본 연구의 대상지는 강원도 철원군 철원읍 내포리 일대와 경기도 연천군 은대리 물거미 서식지 일대이다(Fig. 1). 철원 지역의 좌표는 북위 38°14′44.8″–38°18′17.5″, 동경 127°10′05.6″–127°15′16.6″이며, 연천 지역은 북위 38°02′05″–38°02′58″, 동경 127°03′15″–127°04′28″에 위치한다. 두 지역은 모두 한탄강 유역에 속하며, 평강군 오리산에서 기원한 현무암이 널리 분포하는 지역이다(Chwae et al., 1996).

Fig. 1.

Location and geological setting of the study areas in Cheorwon and Yeoncheon. Geological maps show sampling points for spring water (Saemtong), wetland water (Water Spider Habitat), groundwater, surface water, cores. Aerial photographs show the sampling sites in both regions in detail. Well depths (CSG1–CSG4, EDG3, EDG4) show the stratigraphy and screened intervals of the aquifers.

철원

본 연구의 주 연구대상지로, 철원군 철원읍 내포리는 한탄강 유네스코 세계지질공원 지질명소인 샘통이 위치한 곳이다. 이 샘통은 연중 10–15°C의 수온을 유지하고 있어 추운 겨울에도 물이 얼지 않으며 물이 끊임없이 솟아난다는 특성 때문에 샘통이라 명명되었다. 샘통의 이 같은 특성은 다공질의 현무암층과 파쇄대가 발달함으로써 지하수가 지속적으로 용출되기 때문인 것으로 추정된다(Ryu et al., 2023). 이러한 특징 덕분에 국내에서 고추냉이 수경재배가 가장 활발하게 이루어지는 지역이다. 고추냉이는 연중 10–15°C의 차갑고 맑은 물이 지속적으로 공급되는 환경에서 잘 자라며, 수온 변화에 민감하기 때문에 안정적인 지하수 용출 특성이 재배에 필수적이다(Oguni et al.., 2005).

철원 지역의 지질은 선캄브리아시대 원생누대에 형성된 천매암질암, 변성니질암, 조립운모편암 등 변성퇴적암류를 기반암으로 하고, 중생대 쥐라기의 반상화강암과 화강섬록암, 백악기의 용결응회암, 명성산 화강암 및 산성암이 이를 관입한다. 최상부에는 신생대 제4기의 현무암과 충적층이 피복하며, 특히 내포리 일대에는 남북 방향으로 길게 철원평야가 발달해 있는데, 이는 과거 추가령 구조곡 활동 시 분출한 현무암질 용암에 기인한 것으로 해석된다(Chwae et al., 1996, Fig. 1).

철원 종관기상관측소(Automated Synoptic Observing System, ASOS)에 측정된 기상 자료에 따르면, 2012년부터 2023년까지 12년 연평균기온은 10.8°C, 연평균 강수량은 1,313 mm로 산간, 내륙지역이라는 특성 상 연교차가 크고 동 기간 우리나라 12년 연평균인 13°C보다 약 2.2°C 낮은 기온, 연평균 강수량인 1,289.3 mm보다 소폭 높은 강수량을 보여주고 있다(Fig. 2a and c).

지하수의 이동은 지하수위의 표고와 압력으로 인한 위치에너지 차로 설명된다. 일반적으로 고지대일수록 지하수위가 높고 위치에너지가 높기 때문에 저지대의 방향으로 지하수가 유동한다. 철원의 경우 높은 산지가 위치한 중부와 동부의 수리경사가 높고 연구지역인 서쪽 철원 평야지대, 역곡천 부근의 수리경사가 낮다(K-water, 2022).

Fig. 2.

Annual and monthly variations in mean air temperature and precipitation at Cheorwon and Yeoncheon. Annual mean air temperature and precipitation in (a) Cheorwon and (b) Yeoncheon (2012–2023). Monthly mean air temperature and precipitation in (c) Cheorwon and (d) Yeoncheon (October 2022 to September 2023).

연천

본 연구의 적용 연구대상지로, 1999년 9월 18일 천연기념물로 지정된 연천 은대리 물거미 서식지는 경기도 연천군 전곡읍 은대리 693-18에 위치한다. 물거미는 이름 그대로 수생 생활을 하는 거미로, 전 세계적으로 단일 종만 존재하며 국내에서는 본 서식지에서 처음 발견되었다. 일반적으로 거미는 육상에서 생활하지만, 물거미가 서식하는 환경이 형성된 이유는 아직 명확히 밝혀지지 않았다(Lee et al., 2016a).

다만, 연천 은대리 지역에서는 두꺼운 현무암층과 함께 백의리층이라 불리는 자갈이 많은 하천퇴적층(alluvial gravel layer)이 분포하고 있으며(Kee et al., 2008), 차탄천의 하천 발달도 관찰된다. 이러한 지질구조와 퇴적환경이 호소(lacustrine) 또는 습지 환경을 조성해 물거미 서식에 유리한 조건을 제공한 것으로 추정된다(Lee et al., 2007; Lee and Lee, 2017; Yang, 2018; Choi et al., 2021).

연천지역의 경우 철원과 마찬가지로 북북동-남남서 방향의 지질 구조선과 하천 배치가 일치하는 특성을 보이며, 이에 따라 임진강과 한탄강, 차탄천이 해당 방향을 따라 흐른다. 지질은 선캄브리아시대 고원생대 장락층군을 기반암으로 하여 고생대 데본기 연천층군 미산층이 부정합을 이루고 있으며 신생대 제4기 현무암과 충적층이 최상단을 덮고 있다(Kee et al., 2008). 또한 다수의 하천이 발달해 있어 강변을 따라 현무암층이 수직 절벽 형태로 노출되며, 충적층이 광범위하게 피복하고 있는 특징을 보인다(Song and Cho, 2007).

연천의 경우 철원보다 위도가 낮아 철원에 비해 12년 연평균기온이 약 0.5°C 높고, 연평균 강수량은 약 130 mm 낮다(Fig. 2b and d).

연천 은대리 물거미 서식지 인근도 철원 샘통 인근과 마찬가지로 저지대에 해당한다. 은대리가 속한 한탄강하류 유역은 지하수의 수리경사가 낮고 지하수 심도도 낮다(KICT, 2022).

연구방법

현장 조사

철원 지역에서는 간이수질 측정 및 물 시료 채취를 위해 2022년 12월과 2023년 3월, 총 2차례의 야외조사를 수행하였다. 물 시료는 샘통 5개 지점(CSS1–CSS5), 샘통에서 약 1 km 떨어진 지하수 2개 지점(CSG1, CSG2), 샘통에서 약 2.5 km 떨어진 지하수 2개 지점(CSG3, CSG4), 동송저수지 1개 지점(CSF1), 그리고 대교천 1개 연지점(CSF2)으로 총 11개 지점이다. 각 지점에서는 현장수질측정기(YSI ProDSS)를 이용하여 현장에서 수온(°C), 수소이온농도(pH), 산화환원전위(oxidation-reduction potential, ORP), 용존산소량(dissolved oxygen, DO), 전기전도도(electrical conductivity, EC)를 측정하였고, 화학 분석, 동위원소 분석 및 라돈 농도 분석을 위해 각 지점 당 4 L의 물 시료를 채취하였다(Fig. 1).

연천 지역에서는 2023년 5월부터 9월까지 총 5회에 걸쳐 야외조사를 실시하였다. 이 과정에서 물거미 서식지 내 7개 지점(EDW1, EDW6, EDW8, EDW11, EDW15, EDW17, EDW21)과 지하수 2개 지점(EDG3, EDG4)을 포함한 총 9개 지점에서 라돈 농도 분석만을 위해 각 지점 당 2 L의 물 시료를 채취하였다(Fig. 1).

화학 및 동위원소 분석

0.45 µm의 PES 필터(polyethersulfone filter)를 이용해 물 시료들을 필터링하였고, 필터링 된 시료들을 상지대학교 기초과학분석지원센터에 분석 의뢰하였으며, 음이온(SO₄^2–, NO₃^–, Cl^–)은 이온크로마토그래피(ion chromatography, IC)를 이용하여, 양이온(Ca²⁺, Mg²⁺, Na⁺, K⁺)은 유도결합플라즈마분광광도계(inductively coupled plasma-optical emission spectrometry, ICP-OES)를 이용하여 분석하였다. 알칼리도(HCO₃^–, CO₃^2–)는 표준 산-염기 적정법으로 측정하였다. 또한 동위원소 분석은 Beta Analytic Testing Laboratory에 의뢰하여 CRDS (cavity ring-down spectroscopy, Picarro L2140-i)를 사용해 δD와 δ¹⁸O를 측정하였다. δ 값은 국제 표준물질인 VSMOW (Vienna Standard Mean Ocean Water)를 기준으로 산출하였으며, SLAP, GISP, USGS50, LOUISE, EVIAN 등의 보조 표준을 통해 보정하였다. 분석 정밀도는 δD ±0.2 ‰, δ¹⁸O ±0.03 ‰ 이내이다.

라돈 농도 분석

철원의 샘통과 지하수, 그리고 연천 각 지점에서 채취한 물 시료의 라돈 농도를 측정하기 위해 RAD7 라돈연속측정기(Durridge Co., USA)를 사용하였다. RAD7은 고체 상태 알파 검출기(solid state alpha detectors)를 기반으로, 라돈의 붕괴 과정에서 방출되는 알파입자를 검출하고 이를 전기 신호로 변환하여 농도를 산출한다. 측정 과정에서 시료는 장치 내부(2,000–2,500 V의 고전압)로 주입되며, 방출된 알파입자가 검출기에 의해 기록되고 디지털 신호로 전환된다(EN Instrument Co., Ltd., 2020).

측정 전 장치 내부 습도를 6% 이하로 유지하기 위해 퍼징(purging)을 실시하였다. 각 시료는 30분 간격으로 4회 측정하였으며, 총 2시간 동안 분석을 수행하였다. 라돈은 반감기(3.82일)가 짧기 때문에, 시료 채취 당일에 분석을 진행하였다. RAD7은 한 사이클이 끝나면 라돈 농도의 평균(mean), 최대값(maximum), 최소값(minimum), 표준편차(standard deviation)와 함께 스펙트럼을 제공하며, 이를 바탕으로 라돈 농도를 산출하였다(EN Instrument Co., Ltd., 2020).

시추코어 조사

시추코어는 지질유산환경연구소에서 제공받아 분석하였다. 철원 지역에서는 2023년 6월 샘통 인근 ST-1 지점과 CSG1·CSG2 부근 ST-3 지점에서 직경 50 mm로 시추된 코어 자료를 이용하였으며, 각각 99 m와 52 m 까지 시추되었다.

연천 지역에서는 2021년 10월 은대리 물거미 서식지 인근에서 수행된 21YD-02와 21YD-04 코어 자료를 활용하였다. 21YD-02는 약 4 m, 21YD-04는 약 6 m 깊이까지 코어를 사용하였다.

철원 지역의 코어는 샘통 용출수의 대수층 구조를 규명하기 위한 주요 근거로 활용하였으며, 연천 지역의 코어는 문헌에서 보고된 현무암 분포를 실제로 확인하고, 라돈 농도와 대수층 기원 추정 결과를 검증하기 위한 비교 자료로 사용하였다. 이를 통해 두 지역 지하수 대수층의 특성 차이를 규명하고, 라돈 농도를 활용한 대수층 기원 추정의 해석 신뢰성을 제고하고자 하였다.

결과 및 토의

화학 특성

2022년 12월과 2023년 3월, 두 차례에 걸쳐 철원 샘통, 인근 지하수, 그리고 하천수에 대한 현장 수질 조사와 양·음이온 농도 분석을 수행하였다(Tables 1 and 2).

수온은 지하수에서 모두 12.0–13.8°C 범위로 나타나 상대적으로 안정적인 값을 보였으며, 샘통 또한 모두 9.5–13.4°C 범위로 유사한 경향을 보였다. 반면, 하천수(CSF1, CSF2)는 2022년 12월 2.4–4.0°C, 2023년 3월 6.0–8.1°C로 계절 변화가 뚜렷하여, 지하수 및 샘통과의 차이가 확인되었다. 이는 샘통 및 지하수가 기상 조건에 따른 단기적 영향보다는 대수층 환경의 영향을 강하게 받는 반면, 하천수는 대기 온도 변화에 민감하게 반응함을 시사한다.

pH는 모든 시료가 7.1–9.4 범위로 약알칼리성에서 알칼리성에 해당하였다. 전기전도도(EC)는 지하수에서 111.1–234.7 µS/cm로 높게 나타났으며, 이는 대수층 내 암석 풍화 및 이온 반응에 영향으로 보인다. 샘통은 94.1–104.8 µS/cm 범위를 보였으며, 지표수는 50.2–121.1 µS/cm의 범위를 보였다.

현장 수질 지표 중 용존산소(DO)는 지하수 시료에서 1.9–8.1 mg/L 수준으로 낮게 나타났으며, 이는 대기와의 접촉이 제한되고 유기물 산화 반응이 우세하게 일어나고 있음을 반영한다. 반면, 하천수 및 샘통에서는 8.6–13.5 mg/L 범위로 상대적으로 높아, 대기와의 직접적인 접촉 및 교환 작용에 따른 포화 상태가 유지되고 있음을 보여준다.

산화환원전위(ORP)는 지하수에서 103.9–200.0 mV 범위를 보였으며, 특히 CSG1·CSG2는 103.9–162.4 mV로 낮은 값을 보여 환원성이 우세한 조건을 반영하였다. CSG3·CSG4는 137.3–200.0 mV로 상대적으로 높아 샘통 시료들의(CSS1–CSS5) 166.1–193.1 mV 범위와 유사한 경향을 보였다. 반면, 하천수(CSF1, CSF2)는 137.8–159.4 mV 범위로 산화성이 우세한 조건을 나타냈다.

파이퍼 다이어그램 해석 결과, 철원 지하수 중 CSG1과 CSG2는 이온교환의 영향을 받은 Na-HCO₃ 영역에 도시된 반면, CSG3과 CSG4를 비롯하여 샘통 5개 지점 및 하천수 2개 지점은 모두 Ca-HCO₃ 영역에 도시되었다(Fig. 3). 또한 깁스 다이어그램에서는 모든 시료가 암석풍화 우세(rock-weathering dominance) 영역에 도시되었으며(Fig. 4), 이 중 CSG3과 CSG4는 샘통 및 하천수 시료와 근접한 위치에, CSG1과 CSG2는 이들과 다소 떨어진 위치에 도시되었다.

Fig. 3.

Piper diagram showing the hydrochemical facies of the spring water (CSS), surface water (CSF), and groundwater (CSG) samples from Cheorwon collected in December 2022 (black symbols) and March 2023 (red symbols).

Fig. 4.

Gibbs diagrams for the spring water (CSS), surface water (CSF), and groundwater (CSG) samples from Cheorwon collected in December 2022 (black symbols) and March 2023 (red symbols), showing the dominant hydrochemical processes. TDS, total dissolved solids.

δ¹⁸O와 δD의 관계를 나타낸 그래프(Fig. 5)에서 샘통, 하천수, 지하수의 모든 시료는 전 지구 강수선(Global Meteoric Water Line, GMWL) 주변에 도시되었다. 회귀분석 결과, 선형 그래프 기울기는 6.37 (r² = 0.98, p < 0.0001)로 기상수 기원에서 유래되었음을 시사한다.

Fig. 5.

δ¹⁸O versus δD values of spring water (CSS), surface water (CSF), and groundwater (CSG) samples from Cheorwon collected in December 2022 (black symbols) and March 2023 (red symbols), plotted against the global meteoric water line (GMWL).

라돈 농도 특성과 대수층 기원 추정

라돈 농도 분석 결과, 철원의 경우 파이퍼 다이어그램에서 동일한 영역에 도시되었던 CSG1·CSG2 그룹과 CSG3·CSG4 그룹 간에 뚜렷한 차이가 확인되었다. CSG1과 CSG2는 약 100,000–1,000,000 Bq/m³ 범위의 높은 라돈 농도를 나타낸 반면, CSG3와 CSG4는 샘통(CSS1–CSS5)과 유사하게 약 1,000–10,000 Bq/m³ 범위에 분포하였다(Fig. 6a). 또한 철원 지역의 지표수(CSF1, CSF2)는 40–400 Bq/m³ 수준으로 나타나, 지하수 및 샘통 시료에 비해 현저히 낮은 값을 보였다. 이러한 농도 차이는 대수층의 암석학적 기원에 따른 라돈 함량 차이를 반영하는 것으로 추정되며(Cho and Choo, 2019), 높은 라돈 농도를 보이는 CSG1·CSG2는 화강암 대수층에서, 상대적으로 낮은 라돈 농도를 보이는 CSG3·CSG4와 샘통은 현무암 대수층에서 유래했을 것으로 추정된다(Ryu et al., 2023). 특히 지표수의 낮은 농도는 대기와의 직접적인 접촉 및 희석 효과를 반영하는 것으로 해석되며(Loomis, 1987), 이를 통해 지하수와 지표수 간 라돈 농도의 뚜렷한 구분이 확인된다.

연천 은대리 물거미 서식지에서도 습지 시료와 지하수의 라돈 농도를 분석하였으며, 그 결과는 Fig. 6b에 제시하였다. 지하수 시료(EDG3, EDG4)는 모두 약 1,000–20,000 Bq/m³ 범위에 속했으며, 이는 철원 지역의 샘통 및 현무암 대수층에서 기원한 지하수의 특성과 일치한다. 반면, 습지 시료(EDW 지점들)는 계절에 따라 약 50–500 Bq/m³ 수준으로 나타났으며, 이 또한 대기 노출, 강수 기여 및 주변 지표수 유입에 따른 희석 효과로 해석된다(Stanley and Reading, 2025). 이러한 결과는 철원과 연천 지역 모두에서 라돈 농도가 대수층의 지질학적 특성과 밀접하게 연관되어 있음을 보여주며, 라돈이 지하수 기원 추정의 유용한 지시자임을 뒷받침한다.

Fig. 6.

Radon concentrations in (a) spring water (CSS), surface water (CSF), and groundwater (CSG) samples from Cheorwon collected in December 2022 and March 2023 for Cheorwon, and (b) in wetland water (EDW) and groundwater (EDG) samples from Yeoncheon collected in May to September 2023.

시추코어 분석 및 박편 관찰을 통한 대수층 기원 검증

철원 샘통 부근(ST-1)과 CSG1·CSG2 인근(ST-3)에서 수행된 시추코어의 주상도는 Fig. 7a에 제시하였다. ST-1은 100 m 깊이까지 시추되었으며, 상부 1 m 구간은 인위적 매립층, 1–4 m는 유기물 함량이 높은 이탄질 실트층(peaty silt), 4–9 m는 암갈색의 세립질 충적층, 9–93 m는 현무암층, 그리고 93 m 이하에서는 화강암 기반암과 풍화대(granite saprolite)가 산출되었다(GER, 2023). 특히 약 84 m 두께의 현무암층에서는 기공(vesicle)이 발달한 구간과 발달하지 않은 구간이 반복적으로 관찰되었으며, 이러한 불연속적인 공극(pore space) 구조는 지하수의 이동·저류 통로로 작용하여 샘통의 지속적인 용출 특성과 직접적으로 연관된다. 또한 이러한 구조적 특징은 현무암이 단일 용암류가 아니라 여러 차례의 분출과 냉각 과정을 거쳐 형성된 것임을 시사하며, 이는 북한 평강군 오리산 화산 활동에서 수차례 분출이 보고된 기존 연구 결과와도 부합한다(Lee et al., 2007; Lee and Lee, 2017; Yang, 2018).

ST-3은 52 m 깊이까지 시추되었으며, 상부는 농경지 개간에 따른 매립층(disturbed)이 분포하였고, 7–16 m 구간에서 박리된 현무암이 제한적으로 산출되었다. 그 이하는 화강암 및 풍화대로 전환되며, 이는 ST-1에서 93 m 심도까지 두꺼운 현무암이 분포한 것과 대조적이다(GER, 2023). 이러한 지질 구조 차이는 라돈 분석 결과와도 일치한다. 실제로 CSG1 (30 m), CSG2 (100 m)에서 채취한 지하수는 라돈 농도가 평균 100,000 Bq/m³ 이상으로 나타났으며, 이는 ST-3에서 15.6 m 심도 이후 화강암이 산출된 구조와 부합하여 CSG1·CSG2에서 채취한 물 시료가 화강암 대수층 기원임을 뒷받침한다.

반면, 샘통 지역(CSS1–CSS5)의 라돈 농도는 1,000–10,000 Bq/m³ 범위로 나타났으며, 이는 ST-1에서 확인된 두꺼운 현무암층의 분포와 대체로 부합한다. 이러한 결과는 샘통 용출수가 현무암 대수층에서 기원했을 가능성을 지시하며, ST-1 코어에서 확인된 현무암 내 불연속적인 공극 구조와도 정합성을 보인다. 또한 CSG3·CSG4 시료 역시 샘통과 유사한 1,000–10,000 Bq/m³ 범위의 라돈 농도와 Ca-HCO₃형 수화학적 조성을 나타내었다. 이는 두 관정 또한 현무암 대수층에 연결되어 있을 가능성을 시사하며, 샘통과 동일한 지질학적 배경을 공유하고 있음을 뒷받침한다. 결과적으로 시추코어, 라돈 농도, 수화학적 조성이 서로 보완적인 근거를 제공하며, 철원 지역 지하수의 대수층 기원을 구분하는 데 기여하였다.

Fig. 7.

Simplified core logs from (a) Cheorwon (ST-1 and ST-3) and (b) Yeoncheon (21YD-02 and 21YD-04).

연천 지역의 경우, 21YD-02 코어는 약 4 m까지 시추되었으며, 상부는 교란층(disturbed layer)으로 피복되어 있고, 0–3.5 m 구간은 실트질 머드층(silty mud)이 두껍게 분포한다. 이 구간에는 주상도에 나타난 바와 같이 층리(bedding)가 반복적으로 확인된다. 3.5 m 이후에는 현무암층이 나타나며, 하부에서는 코어 손실(core loss) 구간이 기록되었다. 이러한 구조는 습지 및 하천 환경에서 기원한 두터운 퇴적물이 기반 현무암 위를 덮고 있음을 보여준다(Fig. 7b).

21YD-04 코어는 약 6 m까지 시추되었으며, 상부 2 m 구간은 실트질 머드층이 두껍게 분포하고 있으며 이 구간에서도 층리(bedding)가 반복적으로 관찰된다. 3–5 m 구간은 자갈이 협재된 자갈질 머드층(gravelly mud)이 우세하다. 심도 약 5 m 이후로는 현무암층이 연속적으로 발달해 있으며, 최하부에는 코어 손실(core loss)이 확인되었다(Fig. 7b).

따라서 연천 은대리 지역은 상부에 발달한 두터운 머드층(silty and gravelly mud)과 하부 현무암 기반암으로 구성된 복합 구조를 가지며, 이러한 지질 구조는 지하수 관정 EDG3 (100 m)와 EDG4 (112 m)의 라돈 농도 분석 결과(약 1,000–20,000 Bq/m³)와도 부합하며, 해당 지역 지하수가 현무암 대수층에서 기원하였음을 뒷받침한다.

결 론

본 연구는 라돈 농도 분석을 핵심 지시자로 활용하여 한탄강 지질공원 내 철원 샘통의 대수층 기원을 추정하고, 연천 은대리 물거미 서식지를 비교 사례로 포함하여 해석의 타당성을 검증하는 데 목적이 있다. 이를 위해 수화학적 특성, 안정 동위원소, 시추코어 분석을 병행하여 라돈 기반 해석의 신뢰성을 보완하였다.

파이퍼 및 깁스 다이어그램 해석 결과, 샘통(CSS)과 CSG3·CSG4는 Ca-HCO₃형 유형에 도시되었으며, CSG1·CSG2는 Na-HCO₃형 유형에 도시되었다. 산소·수소 동위원소 분석에서는 철원 지역의 모든 시료가 동일한 기상수 기원에 속함이 확인되었다.

철원 지역에서 지하수 CSG1·CSG2는 라돈 농도가 100,000–1,000,000 Bq/m³ 범위로 높게 나타나 화강암 대수층 기원으로 해석되었으며, CSG3·CSG4와 샘통은 1,000–10,000 Bq/m³ 범위의 낮은 값을 보이며 현무암 대수층 기원과 일치하였다. 산소·수소 동위원소 분석에서도 모든 시료가 동일한 기상수 기원에 속함이 확인되었다 시추코어 분석 결과 ST-1 지역에서는 약 84 m 두께의 현무암층이 확인되었고, ST-3 지역은 16 m 이후 화강암 기반암이 산출되어 라돈 농도 해석과 일관성을 보였다.

연천 은대리 지역에서는 지하수의 라돈 농도가 1,000–20,000 Bq/m³ 범위를 나타내어 철원 샘통과 유사한 현무암 대수층 특성을 보였으며, 21YD-02와 21YD-04 코어 분석에서도 상부의 실트질 및 자갈질 머드 하부에 현무암 기반암이 분포하는 구조가 확인되었다. 반면, 습지 시료에서는 50–500 Bq/m³ 수준의 매우 낮은 라돈 농도가 관찰되어 대기 접촉 및 지표수 혼합의 영향을 반영하는 것으로 해석되었다.

이러한 결과를 종합하면, 라돈 농도 분석은 대수층의 기원을 구분하는 데 효과적인 지시자로 활용될 수 있으며, 시추코어와 화학분석 자료와의 비교를 통해 해석 신뢰성을 높일 수 있음을 확인하였다. 본 연구는 지질공원 내 지하수 자원의 형성과 특성을 밝히는 기초 자료로서, 향후 수리지질학적 연구와 지하수 관리·보전 전략 수립에 중요한 학문적 의의를 제공할 것이다.